KR101197897B1 - Spindle motor and hard disc drive including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스핀들 모터 및 이를 포함하는 하드 디스크 드라이브에 관한 것이다.The present invention relates to a spindle motor and a hard disk drive including the same.
정보 저장 장치 중 하나인 하드 디스크 드라이브(HDD; Hard Disk Drive)는 기록재생헤드(read/write head)를 사용하여 디스크에 저장된 데이터를 재생하거나, 디스크에 데이터를 기록하는 장치이다. A hard disk drive (HDD), which is one of information storage devices, is a device that reproduces data stored on a disk using a read / write head or records data on a disk.
이러한 하드 디스크 드라이브는 디스크를 구동시킬 수 있는 디스크 구동장치가 필요하며, 상기 디스크 구동장치에는 소형의 스핀들 모터가 사용된다.Such a hard disk drive requires a disk drive capable of driving a disk, and a small spindle motor is used for the disk drive.
이러한 소형의 스핀들 모터는 유체 동압 베어링 어셈블리가 이용되고 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리의 회전부재 중의 하나인 샤프트와 고정부재 중의 하나인 슬리브 사이에는 윤활 유체가 개재되어 상기 윤활 유체에서 생기는 유체 압력으로 샤프트를 지지하게 된다.This compact spindle motor is a fluid dynamic bearing assembly is used, the lubricating fluid is interposed between the shaft which is one of the rotating member and the sleeve of one of the rotating member of the fluid dynamic bearing assembly shaft by the fluid pressure generated from the lubricating fluid Will be supported.
또한, 상기 샤프트의 상측에는 샤프트와 함께 회전하고 기록디스크가 탑재되는 로터 허브가 장착되며, 상기 로터 허브는 상기 샤프트의 상측에 고정 결합되고, 상기 샤프트를 중심으로 반경 방향으로 펼쳐진 원반 형상으로 구비된다. 이에 상기 슬리브의 상면과 상기 로터 허브 사이에도 윤활 유체가 개재된다.In addition, a rotor hub which rotates together with the shaft and is mounted on the upper side of the shaft and is mounted on the recording disc is mounted, and the rotor hub is fixedly coupled to the upper side of the shaft and has a disk shape that is radially unfolded about the shaft. . The lubricating fluid is also interposed between the upper surface of the sleeve and the rotor hub.
그런데, 종래에는 하드 디스크 드라이브(HDD)의 두께 규격이 모바일용의 경우는 9.5mm, 서버용의 경우는 15mm에 해당하여 이에 장착되는 스핀들 모터가 축 방향으로 어느 정도 길게 형성될 수 있었다. 즉, 상하 래디얼 베어링의 베어링 스팬이 충분히 확보되므로, 스핀들 모터의 회전부재가 회전하는 과정에서 외력이나 기타 힘에 의해 일측으로 경사지더라도 샤프트와 슬리브 사이에 형성되는 상하 래디얼 베어링의 유체 동압에 의해 다시 원위치로 복귀되는 것에 어려움이 없었다.However, in the related art, a thickness standard of a hard disk drive (HDD) corresponds to 9.5 mm for a mobile and 15 mm for a server, and thus a spindle motor mounted thereon may be formed to a certain length in the axial direction. That is, since the bearing span of the upper and lower radial bearings is sufficiently secured, even if the rotating member of the spindle motor is inclined to one side by external force or other force in the process of rotation, the original position is again caused by the fluid dynamic pressure of the upper and lower radial bearings formed between the shaft and the sleeve. There was no difficulty in returning.
하지만, 최근 전자기기의 크기가 소형화되면서 전자기기에 사용되는 하드 디스크 드라이브의 두께 규격이 5mm 이하로 소형화가 요구되고 있으며, 이에 따라 이에 사용되는 스핀들 모터가 축 방향으로 매우 짧게 형성되고 있다. However, in recent years, as the size of electronic devices has been miniaturized, the size of hard disk drives used in electronic devices has to be miniaturized to 5 mm or less. Accordingly, the spindle motors used therein are very short in the axial direction.
이에 따라, 종래의 스핀들 모터와는 달리 샤프트의 길이가 짧아지게 되므로 스핀들 모터의 회전부재가 일측으로 경사지게 되는 경우에 다시 원위치로 복귀시키는 유체 동압을 형성하기 어렵다는 문제가 있다. 즉, 상하 래디얼 베어링의 베어링 스팬이 짧기 때문에 충분한 경사 강성을 확보하기가 곤란하다.Accordingly, unlike the conventional spindle motor, since the length of the shaft is shortened, there is a problem that it is difficult to form a fluid dynamic pressure to return to the original position when the rotating member of the spindle motor is inclined to one side. That is, since the bearing span of the upper and lower radial bearings is short, it is difficult to secure sufficient inclination rigidity.
래디얼 베어링에 의한 경사 강성을 확보하기 위한 방법으로, 베어링 간극, 즉 샤프트와 슬리브 사이의 간극을 작게 하여 유체 동압을 강하게 발생시킴으로써 베어링 강성을 크게 하는 것을 고려해볼 수 있다. 그러나, 동압이 커지면 마찰 손실이 커지고, 궁극적으로 전력 소모가 증가하는 문제가 있으므로 바람직한 방안은 아니다.As a method for securing the inclination rigidity by the radial bearing, it is possible to consider increasing the bearing rigidity by generating a fluid dynamic pressure by reducing the bearing gap, that is, the gap between the shaft and the sleeve. However, as dynamic pressure increases, friction loss increases, and ultimately, power consumption increases.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 박형의 스핀들 모터에 있어서 회전부재가 일측으로 경사지는 경우라도 원위치로의 복귀가 용이하도록 충분한 경사 강성을 갖는 스핀들 모터를 제공하고자 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and to provide a spindle motor having a sufficient inclination stiffness to easily return to the original position even when the rotating member is inclined to one side in the thin spindle motor.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 회전부재, 및 상기 회전부재를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 고정부재를 포함하고, 상기 회전부재와 상기 고정부재의 반경방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 래디얼 동압 그루브와 하부 래디얼 동압 그루브가 형성되고, 상기 회전부재와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 스러스트 동압 그루브가 형성되며, 하기의 [식 1]을 만족할 수 있다.Spindle motor according to an embodiment of the present invention includes a rotating member and a fixing member for rotatably supporting the rotating member by the fluid dynamic pressure, at least one of the radially opposite surface of the rotating member and the fixing member An upper radial dynamic pressure groove and a lower radial dynamic pressure groove are formed on one surface, and a thrust dynamic pressure groove is formed on at least one of the surfaces facing in the axial direction of the rotating member and the fixing member, and the following Equation 1 may be satisfied. .
[식 1][Formula 1]
(여기서, T1: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, T2: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, α1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, α2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LT: 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, RU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LU: 상부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이, RL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LL: 하부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이)
Where T 1 is the distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the thrust dynamic pressure groove, T 2 is the distance from the center of gravity of the thrust dynamic pressure groove to the outer end of the thrust dynamic pressure groove, α 1 is the center of gravity of the rotating member. Smaller angle of the angle between the radial extension line and the line connecting the center of gravity of the rotating member and the inner end of the thrust dynamic pressure groove, α 2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity and thrust dynamic pressure groove L T : The radial length of the thrust dynamic groove, R U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the upper radial dynamic groove, R U2 : of the rotating member Distance from center of gravity to upper end of upper radial dynamic groove, β U1 : Radial extension line passing through center of gravity of rotating member is center of gravity of rotating member And the smaller angle of the angle formed by the line connecting the lower end of the upper radial dynamic groove, β U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member forms the line connecting the center of gravity of the rotating member and the upper end of the upper radial dynamic groove. L U : Axial length of the upper radial hydrodynamic groove, R L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, R L2 : Lower radial dynamic groove from the center of gravity of the rotating member Distance to the upper end of, L1 : The smallest angle between the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, β L2 : of the rotating member The radial extension line passing through the center of gravity is the smaller of the angle formed by the line connecting the center of gravity of the rotating member to the upper end of the lower radial dynamic groove. Angle, L L : Axial length of lower radial dynamic groove)
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재의 무게중심이 상기 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단보다 축방향 상측에 위치하는 경우에 [식 1]에서 LU에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 2]를 만족할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, when the center of gravity of the rotating member is located above the lower end of the upper radial dynamic pressure groove in the axial direction, the term regarding L U in Equation 1 is 0, The following [Equation 2] can be satisfied.
[식 2][Formula 2]
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재의 무게중심이 상기 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단보다 축방향 하측에 위치하는 경우에 [식 1]에서 LL에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 3]을 만족할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, when the center of gravity of the rotating member is located axially lower than the upper end of the lower radial dynamic groove, the term regarding L L in Equation 1 is 0, The following [Equation 3] can be satisfied.
[식 3][Equation 3]
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재는 샤프트, 상기 샤프트의 상단에서 반경방향 외측으로 연장하는 허브, 및 상기 허브에 장착되는 마그네트와 디스크를 포함하고, 상기 고정부재는 상기 샤프트를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 슬리브, 및 상기 마그네트와 대향하게 배치되는 코일이 권선된 코어를 포함할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the rotating member includes a shaft, a hub extending radially outwardly from an upper end of the shaft, and a magnet and a disk mounted to the hub, wherein the fixing member includes the shaft. It may include a sleeve rotatably supported by fluid dynamic pressure, and a coil wound core disposed to face the magnet.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브는 상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 각각 형성되고, 상기 스러스트 동압 그루브는 상기 허브와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성될 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the upper and lower radial dynamic pressure grooves are respectively formed on at least one of opposite surfaces of the shaft and the sleeve, and the thrust dynamic pressure grooves are opposite surfaces of the hub and the sleeve. It may be formed on at least one surface.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 샤프트 및 상기 슬리브의 대향하는 면 사이에는 유체가 충진되는 베어링 간극이 형성되고, 상기 베어링 간극은 상기 샤프트의 직경의 0.0005~0.002배일 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, a bearing gap in which fluid is filled is formed between the shaft and an opposite surface of the sleeve, and the bearing gap may be 0.0005 to 0.002 times the diameter of the shaft.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 전원 공급이 중단되었을 때 역기전력(B-EMF)이 0.35V/krpm 이상일 수 있다.
When the power supply is stopped in the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the counter electromotive force (B-EMF) may be 0.35V / krpm or more.
본 발명의 일 실시예에 따른 하드 디스크 드라이브는 스핀들 모터; 상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및 상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키기 위한 헤드 이송부를 포함하고, 두께 규격이 5mm 이하일 수 있다.
A hard disk drive according to an embodiment of the present invention includes a spindle motor; A magnetic head for recording and reproducing data of the disk; And a head conveying part for moving the magnetic head to a predetermined position on the disk, the thickness specification may be 5 mm or less.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 회전부재, 및 상기 회전부재를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 고정부재를 포함하고, 상기 회전부재와 상기 고정부재의 반경방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 래디얼 동압 그루브와 하부 래디얼 동압 그루브가 형성되고, 상기 회전부재의 상측부와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 스러스트 동압 그루브가 형성되고, 상기 회전부재의 하측부와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 하부 스러스트 동압 그루브가 형성되며, 하기의 [식 4]를 만족할 수 있다.Spindle motor according to an embodiment of the present invention includes a rotating member and a fixing member for rotatably supporting the rotating member by the fluid dynamic pressure, at least one of the radially opposite surface of the rotating member and the fixing member An upper radial dynamic pressure groove and a lower radial dynamic pressure groove are formed on one surface, and an upper thrust dynamic pressure groove is formed on at least one surface of an upper side of the rotating member and an axial direction of the fixing member, and a lower side of the rotating member. And a lower thrust dynamic pressure groove is formed on at least one surface of the surfaces facing in the axial direction of the fixing member, and may satisfy Equation 4 below.
[식 4][Formula 4]
(여기서, TU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTU: 상부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, TL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTL: 하부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, RU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LU: 상부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이, RL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LL: 하부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이)
(T U1 : distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic pressure groove, T U2 : distance from the center of gravity of the rotating member to the outer end of the upper thrust dynamic pressure groove, α U1 : weight of the rotating member A small angle between the radial extension line passing through the center and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic groove, α U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member L TU : Radial length of upper thrust dynamic groove, T L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the lower thrust dynamic groove, T L2: distance from center of gravity of the rotating member to the lower thrust dynamic pressure outer end of the groove, α L1: radial passing through the center of gravity of the rotating member Direction extension line of which forms the line connecting the inner end of the center of gravity and the lower thrust dynamic pressure grooves of the rotary member, each small angle, α L2: the center of gravity of the radial direction extension line passing through the center of gravity of the rotating member the rotating member and the lower thrust dynamic pressure groove L TL : Radial length of the lower thrust dynamic pressure groove, R U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the upper radial dynamic groove, R U2 : Rotating member Distance from the center of gravity of the upper radial dynamic groove to the upper end of the upper radial dynamic groove, β U1 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the smaller of the angle between the line connecting the center of gravity of the rotating member and the lower end of the upper radial dynamic groove Angle, β U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity of the rotating member and L U : Axial length of the upper radial dynamic groove, R L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, R L2 : of the rotating member Distance from the center of gravity to the upper end of the lower radial dynamic groove, β L1 : The smaller angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove , β L2 : The smaller angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member to the line connecting the center of gravity of the rotating member to the upper end of the lower radial dynamic groove, L L : Axial length of the lower radial dynamic pressure groove)
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재의 무게중심이 상기 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단보다 축방향 상측에 위치하는 경우에 [식 4]에서 LU에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 5]를 만족할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, when the center of gravity of the rotating member is located axially higher than the lower end of the upper radial dynamic groove, the term about L U in Equation 4 is 0, The following [Equation 5] can be satisfied.
[식 5][Equation 5]
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재의 무게중심이 상기 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단보다 축방향 하측에 위치하는 경우에 [식 4]에서 LL에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 6]을 만족할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, when the center of gravity of the rotating member is located axially lower than the upper end of the lower radial dynamic groove, the term regarding L L in Equation 4 is 0, The following [Equation 6] can be satisfied.
[식 6][Equation 6]
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 회전부재는 중공형의 슬리브, 상기 슬리브의 반경방향 외측으로 연장하는 허브, 및 상기 허브에 장착되는 마그네트와 디스크를 구비하고, 상기 고정부재는 상기 슬리브의 중공에 삽입되어 상기 슬리브를 유체 동압에 의해 회전가능하게 지지하는 샤프트, 상기 샤프트의 반경방향 외측으로 연장하는 상부 및 하부 스러스트 부재, 및 상기 마그네트와 대응하게 배치되는 코일이 권선된 코어를 포함할 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the rotating member includes a hollow sleeve, a hub extending radially outward of the sleeve, and a magnet and a disk mounted to the hub, wherein the fixing member includes the sleeve. A shaft inserted into the hollow of the shaft to rotatably support the sleeve by fluid dynamic pressure, upper and lower thrust members extending radially outward of the shaft, and a coil wound core corresponding to the magnet. Can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브는 상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 각각 형성되고, 상기 상부 스러스트 동압 그루브는 상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성되고, 상기 하부 스러스트 동압 그루브는 상기 하부 스러스트 부재와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성될 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the upper and lower radial dynamic pressure grooves are formed on at least one of the opposite surfaces of the shaft and the sleeve, respectively, and the upper thrust dynamic pressure grooves are formed of the upper thrust member and the sleeve. The lower thrust dynamic pressure groove may be formed on at least one of opposing surfaces of the lower thrust member and the sleeve.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 사이에는 유체가 충진되는 베어링 간극이 형성되고, 상기 베어링 간극은 상기 샤프트의 직경의 0.0005~0.002배일 수 있다.In the spindle motor according to an embodiment of the present invention, a bearing gap in which fluid is filled is formed between the shaft and an opposite surface of the sleeve, and the bearing gap may be 0.0005 to 0.002 times the diameter of the shaft.
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 전원 공급이 중단되었을 때 역기전력(B-EMF)이 0.35V/krpm 이상일 수 있다.
When the power supply is stopped in the spindle motor according to an embodiment of the present invention, the counter electromotive force (B-EMF) may be 0.35V / krpm or more.
본 발명의 일 실시예에 따른 하드 디스크 드라이브는 스핀들 모터; 상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및 상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키기 위한 헤드 이송부를 포함하고, 두께 규격이 5mm 이하일 수 있다.
A hard disk drive according to an embodiment of the present invention includes a spindle motor; A magnetic head for recording and reproducing data of the disk; And a head conveying part for moving the magnetic head to a predetermined position on the disk, the thickness specification may be 5 mm or less.
본 발명에 따른 스핀들 모터는 박형의 스핀들 모터에 있어서 회전부재가 일측으로 경사지는 경우라도 원위치로의 복귀가 용이하도록 충분한 경사 강성을 가질 수 있다.
The spindle motor according to the present invention may have sufficient inclination stiffness to facilitate the return to the original position even when the rotating member is inclined to one side in the thin spindle motor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 일측으로 경사진 회전부재를 원위치로 복귀시키는 메커니즘을 설명하기 위한 설명도이며,
도 3 및 도 4는 도 2에서 설명하는 메커니즘이 해당할 수 있는 특수 경우를 설명하는 설명도이고,
도 5는 도 2에서 설명하는 메커니즘을 수학적으로 산정하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이며,
도 6은 도 2와 도 10에서 설명하는 메커니즘을 수학적으로 산정하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이고,
도 7 및 도 8은 도 2에서 설명하는 메커니즘의 수학적 산정 방법을 보여주는 설명도이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이고,
도 10은 도 2에서 설명하는 메커니즘이 도 9에 도시된 실시예에 따른 스핀들 모터에 적용하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이며,
도 11은 도 10에서 설명하는 메커니즘을 수학적으로 산정하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이고,
도 12의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터를 이용하는 디스크 구동장치의 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a spindle motor according to an embodiment of the present invention,
2 is an explanatory view for explaining a mechanism for returning the rotating member inclined to one side in the spindle motor according to an embodiment of the present invention to its original position,
3 and 4 are explanatory diagrams for explaining special cases to which the mechanism described in FIG. 2 may correspond.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing definitions of various parameters for mathematically calculating the mechanism described in FIG. 2.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing definitions of various parameters for mathematically calculating the mechanism described in FIGS. 2 and 10.
7 and 8 are explanatory diagrams showing a mathematical calculation method of the mechanism described in FIG.
9 is a schematic cross-sectional view showing a spindle motor according to another embodiment of the present invention;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing definitions of various parameters for applying the mechanism illustrated in FIG. 2 to the spindle motor according to the embodiment shown in FIG. 9;
FIG. 11 is an explanatory diagram showing definitions of various parameters for mathematically calculating the mechanism described in FIG. 10.
12A and 12B are schematic cross-sectional views of a disk drive apparatus using a spindle motor according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안한 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments which fall within the scope of the inventive concept may be easily suggested, but are also included within the scope of the present invention.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a spindle motor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(100)는 샤프트(111), 로터(120) 및 슬리브(112)를 포함하는 유체 동압 베어링 어셈블리(110), 허브(121)를 포함하는 로터(120), 베이스 부재(133) 및 코일(132)이 권선되는 코어(131)를 포함하는 스테이터(130)를 포함할 수 있다.1, a
우선, 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 1에서 볼 때, 상기 샤프트(111)를 기준으로 상하 방향을 의미하며, 반경 방향 외측 및 내측 방향은 상기 샤프트(111)를 기준으로 상기 허브(121)의 외측단 방향 및 상기 허브(121)의 외측단을 기준으로 상기 샤프트(111)의 중심방향을 의미할 수 있다. 또한, 원주 방향은 회전축을 중심으로 반경 방향으로 소정거리 이격된 위치에서 상기 회전축을 중심으로 회전하는 방향을 의미할 수 있다.1, the axial direction refers to a vertical direction with respect to the
아울러, 이하 설명에서 회전부재는 샤프트(111), 허브(121)를 포함하는 로터(120), 이에 장착되는 마그네트(127) 등을 포함하는 회전하는 부재이며, 고정부재는 상기 회전부재를 제외한 나머지 부재로 슬리브(112), 스테이터(130), 베이스 부재(133) 등 상기 회전부재에 상대적으로 고정되어 있는 부재일 수 있다.In the following description, the rotating member is a rotating member including a
유체 동압 베어링 어셈블리(110)는 샤프트(111), 슬리브(112), 스토퍼(111a) 및 허브(121)를 포함할 수 있으며, 상기 허브(121)는 후술할 로터(120)를 구성하는 구성인 동시에 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(110)를 구성하는 구성일 수 있다.
The
상기 슬리브(112)는 상기 샤프트(111)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.The
여기서, 상기 샤프트(111)는 상기 슬리브(112)의 축공과 미소 간극을 가지도록 삽입되어 베어링 간극(C)을 형성한다. 상기 샤프트(111)는 직경이 4mm이하로 구비될 수 있다. 그리고, 상기 베어링 간극에는 오일이 충진될 수 있다. 상기 베어링 간극(C)은 상기 샤프트(111)의 직경(D)의 0.0005~0.002배로 형성될 수 있다. 즉, 베어링 간극(C)을 샤프트의 직경(D)으로 나눈 값이 0.0005~0.002일 수 있다. 베어링 간극을 이보다 작게 하는 경우 베어링 강성은 크게 할 수 있지만, 마찰 손실 커져서 전력 소모가 증가하는 문제가 있다. 또한, 베어링 간극을 이보다 크게 하면 마찰 손실은 줄일 수 있지만 베어링 강성을 확보할 수 없다. 이러한 샤프트의 직경과 베어링 간극의 수치 범위는 미국특허 5,647,672호에 설명되어 있다.
Here, the
또한, 상기 샤프트(111)의 외경 및 상기 슬리브(112)의 내경 중 적어도 하나에 상하로 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(114)(115)가 형성될 수 있다. 상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(114)(115)는 상기 샤프트(111)의 회전시 래디얼 방향으로 유체 동압을 발생시켜 래디얼 동압 베어링을 형성할 수 있으며, 이에 의해 상기 로터(120)의 회전을 부드럽게 지지할 수 있다.Upper and lower radial
상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(114)(115)은 둘레방향으로 복수개 형성되고, 헤링본 형상, 스파이럴 형상 및 나사선 형상 중 어느 하나일 수 있으며, 래디얼 동압을 발생시키는 형상이라면 그 형상에는 제한이 없다.The upper and lower radial
상기 슬리브(112)에는 슬리브(112)의 상부와 하부를 연통하도록 형성되는 순환홀을 구비할 수 있다. 상기 순환홀은 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(114)(115)에서 발생하는 압력의 평형을 유지할 수 있도록 할 수 있으며, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(110) 내부에 존재하는 기포 등을 순환에 의해 배출할 수 있다.The
여기서, 상기 샤프트(111)의 하단부에 반경방향 외측으로 돌출되는 스토퍼(111a)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(111a)는 상기 슬리브(112)의 하단면에 걸림되어 샤프트(111) 및 로터(120)의 부상을 제한할 수 있다.Here, a
또한, 상기 슬리브(112)의 축방향 하부에 결합되어 상기 축공을 커버하여 오일(윤활유체)의 누설을 방지하는 커버부재(113)가 구비될 수 있다.
In addition, the
허브(121)는 샤프트(111)와 결합하며, 상기 샤프트(111)와 연동하여 회전하는 회전부재로 유체 동압 베어링 어셈블리(110)를 구성하는 구성인 동시에 로터(120)를 구성할 수 있으므로, 이하 로터(120)에서 자세히 설명한다.
Since the
로터(120)는 스테이터(130)에 대하여 회전 가능하게 구비되는 회전 구조물이다. 상기 로터(120)는 후술할 코어(131)와 일정 간격을 두고 서로 대응되는 환고리형의 마그네트(127)를 내주면에 구비하는 허브(121)를 포함할 수 있다.The
다시 말하면, 상기 허브(121)는 상기 샤프트(111)의 상단에 결합되어 상기 샤프트(111)와 연동하여 회전하는 회전부재이다.In other words, the
여기서, 상기 마그네트(127)는 원주방향으로 N극, S극이 교대로 착자되어 일정 세기의 자기력을 발생시키는 영구자석으로 구비될 수 있다.Here, the
또한, 상기 허브(121)는 샤프트(111)의 상단에 고정되도록 하는 제1 원통형 벽부(122), 상기 제1 원통형 벽부(122)의 단부로부터 반경방향 외측으로 연장 형성되는 원판부(123), 상기 원판부(123)의 반경방향 외측 단부에서 하향 돌출되는 제2 원통형 벽부(124)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 원통형 벽부(124)의 내주면에는 상기 마그네트(127)가 결합될 수 있다. 또한, 상기 허브(121)는 상기 제2 원통형 벽부(124)의 하단에서 반경 방향 외측으로 돌출되는 디스크 장착부(125)를 구비할 수 있다.In addition, the
상기 허브(121)는 상기 슬리브(112)의 상측 외측부와 대응되도록 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(126)를 구비할 수 있다. 더욱 상세하게는 상기 원판부(123)에서 축방향 하측으로 연장되어 형성되는 주벽부(126)를 구비할 수 있다. 상기 슬리브(112)의 외측과 상기 주벽부(126)의 내측 사이에는 오일을 실링하는 기액계면이 형성될 수 있다.The
또한, 상기 주벽부(126)의 내측면은 테이퍼지게 형성되어 상기 슬리브(112)의 외측면과 간격이 축방향 하부로 갈수록 넓어져서 오일의 실링이 용이하도록 할 수 있다. 또한, 상기 슬리브(112)의 외측면을 테이퍼지게 형성할 수도 있다.In addition, the inner surface of the
나아가, 상기 주벽부(126)의 외측면은 베이스 부재(133)에서 상측으로 돌출되는 장착부(134)의 상측부(136)와 대응하도록 형성될 수 있다.Further, the outer surface of the
한편, 상기 허브(121)와 상기 슬리브(112)가 상호 대향하는 부분에는 스러스트 동압 그루브(116)가 형성될 수 있다. 상기 스러스트 동압 그루브(116)는 둘레방향으로 복수개 형성되고, 스파이럴, 헤링본, 나산선 형상으로 구비될 수 있으며, 동압을 발생시킬 수 있는 구조라면 형상에 제한이 없다.A thrust
상기 스러스트 동압 그루브(116)는 상기 샤프트(111)가 상기 슬리브(112)에 대해 상대회전하는 경우 스러스트 유체 동압을 발생시켜 상기 허브(121)와 상기 슬리브(112) 사이에 스러스트 동압 베어링을 형성할 수 있다.The thrust
한편, 종래에는 회전부재가 일측으로 경사지는 경우 샤프트와 슬리브 사이에 형성되는 상하 래디얼 베어링의 유체 동압에 의해 회전부재가 원위치로 복귀될 수 있었다. 하지만, 최근에는 하드 디스크 드라이브(HDD)의 박형화 추세에 따라 이에 장착되는 스핀들 모터도 박형으로 제작된다(HDD 규격 5mm 이하). Meanwhile, in the related art, when the rotating member is inclined to one side, the rotating member may be returned to its original position by the fluid dynamic pressure of the upper and lower radial bearings formed between the shaft and the sleeve. However, in recent years, according to the trend of thinning of hard disk drives (HDD), the spindle motor mounted thereon is also made thin (HDD standard 5mm or less).
이에 따라, 박형화된 스핀들 모터에서는 샤프트의 길이가 짧아져서 상하 래디얼 베어링의 스팬 확보가 곤란하다. 따라서, 회전부재가 일측으로 경사지는 경우 경사진 회전부재를 원위치로 복귀시킬 충분한 유체 동압을 형성하기 어려울 수 있다. 래디얼 베어링에 의한 경사 강성을 확보하기 위해 베어링 간극을 작게 하여 유체 동압을 강하게 발생시킴으로써 베어링 강성을 크게 할 수 있지만, 동압이 커지면 마찰 손실이 커지고, 궁극적으로 전력 소모가 증가하는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.Accordingly, in the thinned spindle motor, the length of the shaft is shortened, making it difficult to secure the span of the upper and lower radial bearings. Therefore, when the rotating member is inclined to one side, it may be difficult to form sufficient fluid dynamic pressure to return the inclined rotating member to its original position. In order to secure the stiffness of the radial bearing, the bearing clearance can be reduced to generate the fluid dynamic pressure so that the bearing stiffness can be increased. However, it is not preferable because the dynamic loss increases the friction loss and ultimately the power consumption. .
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터는 취약해진 래디얼 베어링의 경사 강성의 문제를 개선하기 위해 고안된 것으로, 래디얼 베어링의 경사 강성 자체를 향상시키는 것 보다는 경사 강성의 부담을 래디얼 베어링에서 스러스트 베어링으로 이전시켜 스러스트 부재와 슬리브 사이에 형성되는 유체 동압에 의해 경사진 회전부재가 원위치로 복귀될 수 있는 구조를 제시한다. 이에 대해서는 후술한다. Therefore, the spindle motor according to an embodiment of the present invention is designed to improve the problem of the inclination rigidity of the weak radial bearing, and the load of the inclination rigidity is increased in the radial bearing rather than the inclination rigidity of the radial bearing itself. And a structure in which the inclined rotating member can be returned to its original position by the fluid dynamic pressure formed between the thrust member and the sleeve. This will be described later.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 스러스트 부재는 샤프트에 고정되고, 상대회전하는 슬리브와의 사이에 스러스트 유체 동압을 발생시키는 부재라면 어느 부재라도 해당될 수 있다. 가령, 도 1의 도시에서 샤프트(111)에 결합되는 허브(121)는 슬리브(112)와 사이에 스러스트 유체 동압을 발생시키므로, 상기 허브(121)는 스러스트 부재라 할 수 있다. 즉, 명칭에 제한 없이 그 역할에 따라 스러스트 부재가 될 수 있다.
On the other hand, in one embodiment of the present invention, the thrust member may be any member as long as it is fixed to the shaft and generates a thrust fluid dynamic pressure between the sleeve and which rotates relatively. For example, the
스테이터(130)는 코어(131), 코일(132) 및 베이스 부재(133)를 포함할 수 있다.The
다시 말하면, 상기 스테이터(130)는 전원인가 시 일정크기의 전자기력을 발생시키는 코일(132) 및 상기 코일(132)이 권선되는 복수 개의 코어(131)를 구비하는 고정부재일 수 있다.In other words, the
상기 코어(131)는 패턴회로가 인쇄된 인쇄회로기판(미도시)이 구비되는 베이스 부재(133)의 상부에 고정 배치되고, 베이스 부재(133)에는 상기 코일(132)을 하부로 노출시키도록 일정크기의 코일공이 관통형성될 수 있다. 그리고, 상기 코일(132)은 외부전원이 공급되도록 상기 인쇄회로기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
또한, 상기 베이스 부재(133)에는 상기 유체 동압 베어링 어셈블리(110)가 장착될 수 있다. 상기 베이스 부재(133)는 알루미늄(Al)을 재료로 다이캐스팅(Die Casting) 방식으로 제조가 가능하며, 강판(steel sheet)을 소성 가공(가령, 프레스 가공)하는 방식으로도 제조가 가능하다.In addition, the fluid dynamic
상기 베이스 부재(133)는 축방향 상측으로 돌출 형성되는 장착부(134)를 구비할 수 있다. 상기 장착부(134)의 외측면에 상기 코어(131)가 장착되고, 내측면에 상기 슬리브(112)가 끼움 고정될 수 있다. 또한, 상기 장착부(134)의 내측면 중 상측부(136)는 상기 주벽부(126)의 외측면이 대면하도록 형성될 수 있다. 상호 대면하는 상기 주벽부(126)와 상기 장착부(134)의 상측부(136) 사이는 래버린스 실(Labyrinth seal)을 형성하도록 충분히 좁은 간격으로 형성할 수 있다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터에서 일측으로 경사진 회전부재를 원위치로 복귀시키는 메커니즘을 설명하기 위한 설명도이며, 도 3 및 도 4는 도 2에서 설명하는 메커니즘을 수학적으로 산정하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이고, 도 5 및 도 6은 도 2에서 설명하는 메커니즘의 수학적 산정 방법을 보여주는 설명도이며, 도 7 및 도 8은 도 2에서 설명하는 메커니즘이 해당할 수 있는 특수 경우를 설명하는 설명도이다.FIG. 2 is an explanatory view for explaining a mechanism for returning a rotating member inclined to one side to a home position in a spindle motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 mathematically calculate the mechanism described in FIG. 5 and 6 are explanatory diagrams showing a mathematical calculation method of the mechanism described in FIG. 2, and FIGS. 7 and 8 may correspond to the mechanisms described in FIG. 2. An explanatory diagram illustrating a special case.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(100)는 회전부재가 고정부재에 상대회전하는 경우 외부의 충격이나 기타 힘에 의해 상기 회전부재가 일측으로 경사질 수 있다. 즉, 슬리브(112)에 회전 가능하게 장착되는 샤프트(111)가 일측으로 경사질 수 있다. 상기 샤프트(111)가 경사지면 상기 샤프트(111)에 장착되는 허브(121)도 함께 일측으로 경사지게 된다.Referring to FIG. 2, in the
상기 샤프트(111)가 상기 슬리브(112)에 경사지지 않은 상태로 위치하는 경우에는 상기 샤프트(111)와 상기 슬리브(112), 상기 슬리브(112)와 상기 허브(121)가 각각 형성하는 베어링 간극이 일정한 간격을 유지하게 된다. 그러므로, 상기 샤프트(111)와 상기 슬리브(112) 및 상기 슬리브(112)와 상기 허브(121) 간에는 각각 일정한 유체 동압이 형성되어 균형을 이룬 상태로 회전부재가 고정부재에 상대회전할 수 있다.In the case where the
하지만, 회전부재가 경사지게 되면 상기 베어링 간극은 일정한 간격을 유지하지 못하게 된다.However, when the rotating member is inclined, the bearing gap does not maintain a constant gap.
즉, 도 2에서 보듯이, 회전부재(샤프트(111) 및 허브(121))가 경사지지 않은 실선의 경우에는 슬리브(112)와 사이에 베어링 간극이 일정한 간격을 유지하는 것과는 달리, 회전부재(샤프트(111) 및 허브(121))가 경사진 점선의 경우에는 슬리브(112)와 사이에 베어링 간극이 위치에 따라 변하게 된다.That is, as shown in FIG. 2, in the case of a solid line in which the rotating members (
이 경우, 종래 축 방향으로 길이가 긴 스핀들 모터라면(HDD 두께 규격 9.5mm 또는 15mm에 사용되는 모터), 샤프트와 슬리브 사이에 형성되는 상하 래디얼 베어링의 유체 동압에 의해 다시 원위치로 복귀되는 것에 어려움이 없었다. 하지만, 축 방향으로 길이가 상대적으로 짧은 스핀들 모터라면(HDD 두께 규격 5mm 이하에 사용되는 모터), 샤프트와 슬리브 사이에 형성되는 상하 래디얼 베어링의 유체 동압에 의해 다시 원위치로 복귀되는 것에 어려움이 있을 수 있다.In this case, if the spindle motor has a long length in the axial direction (motor used for HDD thickness standard 9.5mm or 15mm), it is difficult to return to the original position by the fluid dynamic pressure of the upper and lower radial bearings formed between the shaft and the sleeve. There was no. However, if the spindle motor has a relatively short length in the axial direction (a motor used for the HDD thickness specification of 5 mm or less), it may be difficult to return to the original position by the fluid dynamic pressure of the upper and lower radial bearings formed between the shaft and the sleeve. have.
이에, 도 2를 참고하면, 샤프트(111)가 일측으로 경사지는 경우에는 동압 그루브가 형성되는 부분의 베어링 간극이 더욱 좁아지는 부분이 형성되게 되는데(도 2에서 ST, SU, SL 부분), 이러한 부분에서는 부재 간에 형성되는 유체 동압이 베어링 간극이 좁아진 만큼 더 크게 형성될 수 있다. 즉, 동압 그루브가 형성되는 부분은 대면하는 부재 간에 간격이 가까워진 면적에 비례하여 유체 동압이 더 크게 형성될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 원리는 이용하여 수학적으로 스러스트 동압 그루브(116)와 래디얼 동압 그루브(114)(115)의 위치 및 사이즈 관계를 정립할 수 있다.Thus, referring to FIG. 2, when the
회전하는 부재(도 2의 도시상 샤프트(111))가 일측으로 경사지는 경우에 상기 회전하는 부재를 상기 일측의 반대측으로 복귀시키려는 유체 동압은 상기 회전하는 부재가 일측으로 경사짐에 따라 추가로 발생하는 유체 동압으로 파악할 수 있다. 즉, 동압 그루브가 형성되는 부분에서 대면하는 부재 간에 가까워진 간격 차이일 수 있다. 이는 도 2에서 동압 그루브가 형성되는 부분에 있어서 상기 샤프트(111) 및 상기 허브(121)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이가 나는 부분의 면적(ST, SU 및 SL)일 수 있다.When the rotating member (the
즉, 스러스트 동압 그루브(116)가 형성되는 부분에서 허브(121)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(ST)이 래디얼 동압 그루브(114)(115)가 형성되는 부분에서 샤프트(111)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SU+SL)보다 크게 할 수 있다. 결과적으로, 하기의 [수학식 1]이 성립할 수 있다.That is, the area S T according to the gap difference between the inclination of the
[수학식 1][Equation 1]
상기의 식을 만족하게 설계함으로써, 래디얼 베어링보다 스러스트 베어링이 경사 강성을 더 많이 부담하게 된다. By designing to satisfy the above formula, the thrust bearing bears more inclination rigidity than the radial bearing.
즉, 박형 구조에서 래디얼 베어링에 의한 경사 강성은 취약해지지만 스러스트 베어링에 의한 경사 강성을 향상시켜, 회전부재가 경사지는 경우 스러스트 베어링이 경사에 저항함으로써 틸팅(tilting)이 방지될 수 있는 것이다.That is, in the thin structure, the inclination rigidity due to the radial bearing becomes weak, but the inclination rigidity due to the thrust bearing is improved, so that when the rotating member is inclined, the thrust bearing resists the inclination, thereby preventing tilting.
한편, 스러스트 부재가 상하로 각각 형성되는 더블 스러스트 구조의 경우에는 스러스트 동압 그루브가 형성되는 부분에서 스러스트 부재가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(ST)은, 상하로 각각 형성되는 스러스트 부재에 있어서 스러스트 동압 그루브가 형성되는 부분에서 상부 및 하부 스러스트 부재가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적을 합산한 것일 수 있다.On the other hand, in the case of the double thrust structure in which the thrust member is formed up and down, respectively, the area S T according to the gap difference before and after the inclination of the thrust member is inclined at the portion where the thrust dynamic pressure groove is formed, the thrust is formed up and down respectively. In the part in which the thrust dynamic pressure groove is formed, the upper and lower thrust members may be the sum of the areas according to the gaps before and after the inclination.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 스러스트 부재는 샤프트에 고정되고, 상대회전하는 슬리브와의 사이에 스러스트 유체 동압을 발생시키는 부재라면 어느 부재라도 해당될 수 있다. 가령, 도 1의 도시에서 샤프트(111)에 결합되는 허브(121)는 슬리브(112)와 사이에 스러스트 유체 동압을 발생시키므로, 상기 허브(121)는 스러스트 부재라 할 수 있다. 즉, 명칭에 제한 없이 그 역할에 따라 스러스트 부재가 될 수 있다.
On the other hand, in one embodiment of the present invention, the thrust member may be any member as long as it is fixed to the shaft and generates a thrust fluid dynamic pressure between the sleeve and which rotates relatively. For example, the
도 5 내지 도 8를 참조하면, 상기 [수학식 1]을 풀어서 정리하기 위한 파라미터와 수학적인 산술 방식이 제시된다.5 to 8, parameters and mathematical arithmetic methods for solving and arranging [Equation 1] are presented.
도 5 및 도 6을 참조하여 각 파라미터를 정의하면 하기와 같다. Referring to FIGS. 5 and 6, each parameter is defined as follows.
T1: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, T2: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, α1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, α2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LT: 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, RU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LU: 상부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이, RL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LL: 하부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이를 의미한다.T 1 : distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the thrust dynamic pressure groove, T 2 : distance from the center of gravity of the thrust dynamic groove to the outer end of the thrust dynamic pressure groove, α 1 : radial direction passing through the center of gravity of the rotating member The smaller angle of the extension line is formed between the line connecting the center of gravity of the rotating member and the inner end of the thrust dynamic pressure groove, α 2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity of the rotating member and the outer end of the thrust dynamic groove. L T : Radial length of thrust dynamic groove, R U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the upper radial dynamic groove, R U2 : At the center of gravity of the rotating member the center of gravity and the upper portion of the radial direction extension line passing through the center of gravity of the rotating member the rotating member: the distance to the upper radial dynamic pressure upper end of the groove, β U1 Forming the line connecting the lower end a small angle of each of the radial dynamic pressure groove, β U2: of the forming line and to the radial direction extension line passing through the center of gravity of the rotating member connected to the center of gravity and the upper end of the upper radial dynamic pressure grooves of the rotary members each Small angle, L U : Axial length of the upper radial hydrodynamic groove, R L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, R L2 : Upper side of the lower radial dynamic groove at the center of gravity of the rotating member Distance to the end, β L1 : The smallest angle between the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting the lower end of the lower radial dynamic pressure groove with the center of gravity of the rotating member, β L2 : Center of gravity of the rotating member a through radial extension forming a smaller angle of each line connecting the center of gravity and the lower radial dynamic pressure grooves of the upper end of the rotating member, L L: It means the axial length of the radial dynamic pressure groove portion.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 회전부재의 무게중심(G)은 스핀들 모터에 디스크, 클램프 등이 장착된 최종 상태를 의미한다. 도 1에 도시된 스핀들 모터(100)는 디스크, 클램프 등이 장착되지 않은 상태이며, 도 2 내지 도 8에 도시된 무게중심(G)은 디스크, 클램프 등이 장착된 회전부재의 무게중심을 의미한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the center of gravity G of the rotating member means a final state in which a disk, a clamp, or the like is mounted on the spindle motor. The
다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 회전부재가 일측으로 경사진 경우 베어링 간극의 변화량, 즉, 스러스트 유체 동압이 형성되는 부분의 베어링 간극 변화량(ΔY)과 래디얼 유체 동압이 형성되는 부분의 베어링 간극 변화량(ΔX)을 산정하는 방법을 설명한다.Next, when the rotating member is inclined to one side with reference to FIGS. 7 and 8, the change amount of the bearing gap, that is, the bearing gap change amount ΔY of the portion where the thrust fluid dynamic pressure is formed, and the bearing of the radial fluid dynamic pressure is formed. A method of calculating the gap change amount ΔX will be described.
스러스트 유체 동압이 형성되는 부분의 베어링 간극 변화량(ΔY)은 스러스트 동압 그루브(116)의 일측단과 마주보는 경사 전 회전부재의 축 방향 위치와 스러스트 동압 그루브(116)의 일측단과 마주보는 경사 후 회전부재의 축 방향 위치의 차이를 의미한다. 그러므로, 도 7의 도시에서 ΔY = Y1 - Y2 에 의해 산정될 수 있다. 이를 상세히 풀어서 정리하면 하기의 [수학식 2]와 같이 산정될 수 있다.The bearing gap change amount ΔY of the portion where the thrust fluid dynamic pressure is formed is the inclined rotary member facing the axial position of the pre-inclined rotating member facing one end of the thrust
[수학식 2]&Quot; (2) "
(여기서, T: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 일측단까지의 거리 (정확하게는, 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 일측단과 마주보는 회전부재의 지점까지의 거리이지만, 그 값은 거의 동일하다), α: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 일측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각 (정확하게는, 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이, 회전부재의 무게중심 및 스러스트 동압 그루브의 일측단과 마주보는 회전부재의 지점을 연결하는 선과 이루는 각이지만, 그 값은 거의 동일하다), θ: 회전부재의 경사 각도 (단, θ는 미소각이므로 sinθ=θ, cosθ=1 임을 가정할 수 있다))Where T is the distance from the center of gravity of the rotating member to one end of the thrust dynamic pressure groove (exactly the distance from the center of gravity of the rotating member to the point of the rotating member facing one end of the thrust dynamic pressure groove, but the value is Almost the same), α: the small angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting one end of the thrust dynamic groove with the center of gravity of the rotating member (exactly, passing through the center of gravity of the rotating member The radial extension line is an angle formed by a line connecting the center of gravity of the rotating member and the point of the rotating member facing one end of the thrust dynamic pressure groove, but the value thereof is almost the same), θ: inclination angle of the rotating member (wherein θ Is a small angle, so we can assume that sinθ = θ and cosθ = 1))
래디얼 유체 동압이 형성되는 부분의 베어링 간극 변화량(ΔX)은 하기의 [수학식 3]에 의해 산정될 수 있다.The bearing gap change amount ΔX of the portion where the radial fluid dynamic pressure is formed may be calculated by Equation 3 below.
래디얼 유체 동압이 형성되는 부분의 베어링 간극 변화량(ΔX)은 래디얼 동압 그루브(114)의 일측단과 마주보는 경사 전 회전부재의 반경 방향 위치와 래디얼 동압 그루브(114)의 일측단과 마주보는 경사 후 회전부재의 반경 방향 위치의 차이를 의미한다. 그러므로, 도 6의 도시에서 ΔX = X1 - X2 에 의해 산정될 수 있다. 이를 상세히 풀어서 정리하면 하기의 [수학식 3]과 같이 산정될 수 있다.The bearing gap change amount ΔX of the portion where the radial fluid dynamic pressure is formed is a radial member of the pre-inclined rotating member facing one end of the radial
[수학식 3]&Quot; (3) "
(여기서, R: 회전부재의 무게중심에서 래디얼 동압 그루브의 일측단까지의 거리 (정확하게는, 회전부재의 무게중심에서 래디얼 동압 그루브의 일측단과 마주보는 회전부재의 지점까지의 거리이지만, 그 값은 거의 동일하다), β: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 래디얼 동압 그루브의 일측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각 (정확하게는, 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심 및 래디얼 동압 그루브의 일측단과 마주보는 회전부재의 지점을 연결하는 선과 이루는 각이지만, 그 값은 거의 동일하다), θ: 회전부재의 경사 각도(단, θ는 미소각이므로 sinθ=θ, cosθ=1 임을 가정할 수 있다))
Where R is the distance from the center of gravity of the rotating member to one end of the radial dynamic groove (exactly the distance from the center of gravity of the rotating member to the point of the rotating member facing one end of the radial dynamic groove, but the value is Approximately the same), β: the small angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting one end of the radial dynamic pressure groove (exactly, the center of gravity of the rotating member The radial extension line is the angle formed by the line connecting the center of gravity of the rotating member and the point of the rotating member facing one end of the radial dynamic groove, but the value is almost the same), θ: The inclination angle of the rotating member (where θ is Since it is a small angle, we can assume that sinθ = θ and cosθ = 1))
다시, 도 2를 참조하면, 상기 [수학식 1]을 산정하기 위해 각 항목별 면적을 산정할 수 있다. Again, referring to FIG. 2, the area for each item may be calculated to calculate Equation 1 above.
스러스트 동압 그루브(116)가 형성되는 부분에서 허브(121)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(ST)은 사다리꼴의 넓이를 구하는 식에 의해 산정될 수 있으므로, 하기의 [수학식 4]에 의해 산정될 수 있다.Since the area S T according to the gap difference between the inclination of the
[수학식 4]&Quot; (4) "
(여기서, ΔY1 :스러스트 동압 그루브의 내측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, ΔY2 :스러스트 동압 그루브의 외측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, 나머지 파라미터는 상기 도 5 내지 도 8의 설명 부분 참조)(Where, ΔY 1 : change amount of the bearing gap in the portion where the inner end of the thrust dynamic pressure groove is located, ΔY 2 : change amount of the bearing gap in the portion where the outer end of the thrust dynamic pressure groove is located, and the remaining parameters are described in the above FIGS. 5 to 8) See)
다음으로, 상부 래디얼 동압 그루브(114)가 형성되는 부분에서 샤프트(111)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SU)은 사다리꼴의 넓이를 구하는 식에 의해 산정될 수 있으므로, 하기의 [수학식 5]에 의해 산정될 수 있다.Next, the area S U according to the gap difference before and after the inclination of the
[수학식 5][Equation 5]
(여기서, ΔXU1 :상부 래디얼 동압 그루브의 하측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, ΔXU2 :상부 래디얼 동압 그루브의 상측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, 나머지 파라미터는 상기 도 5 내지 도 8의 설명 부분 참조)(Where, ΔX U1 : change amount of bearing gap in the position where the lower end of the upper radial dynamic groove is located, ΔX U2 : change amount of bearing gap in the position where the upper end of the upper radial dynamic groove is located, and the remaining parameters are shown in FIGS. 5 to 8. See description in)
또한, 하부 래디얼 동압 그루브(115)가 형성되는 부분에서 샤프트(111)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SL)은 사다리꼴의 넓이를 구하는 식에 의해 산정될 수 있으므로, 하기의 [수학식 6]에 의해 산정될 수 있다.In addition, since the area S L according to the gap difference before and after the inclination of the
[수학식 6]&Quot; (6) "
(여기서, ΔXL1 :하부 래디얼 동압 그루브의 하측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, ΔXL2 :하부 래디얼 동압 그루브의 상측단이 위치하는 부분의 베어링 간극 변화량, 나머지 파라미터는 상기 도 5 내지 도 8의 설명 부분 참조)(Where, ΔX L1 : change amount of bearing gap in the portion where the lower end of the lower radial dynamic groove is located, ΔX L2 : change amount of bearing gap in the portion where the upper end of the lower radial dynamic groove is located, and the remaining parameters are shown in FIGS. 5 to 8. See description in)
그러므로, 상기 [수학식 4] 내지 [수학식 6]을 상기 [수학식 1]에 대입하면 [수학식 7]과 같으며, 이를 정리하면 [수학식 8]이 도출된다.Therefore, substituting [Equation 4] to [Equation 6] into [Equation 1] is the same as [Equation 7], and sums it up to [Equation 8].
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 8][Equation 8]
그러므로, 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브가 상기 [수학식 8]의 관계를 성립하는 경우에는 래디얼 베어링 보다는 스러스트 베어링이 경사에 저항함으로써 틸팅(tilting)이 방지될 수 있는 것이다.
Therefore, when the thrust dynamic pressure groove and the radial dynamic pressure groove establish the relationship of the above [Equation 8], the thrust bearing than the radial bearing resists the inclination, so that tilting can be prevented.
한편, 회전부재의 무게중심은 회전부재의 구조 및 형상에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터의 경우에는 상기 회전부재의 무게중심이 상부 래디얼 동압 그루브 또는 하부 래디얼 동압 그루브 영역 내에 형성되는 경우라면 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브의 관계가 간단히 정립될 수 있다.On the other hand, the center of gravity of the rotating member may be formed at various locations according to the structure and shape of the rotating member. In particular, in the case of the spindle motor according to an embodiment of the present invention, if the center of gravity of the rotating member is formed in the upper radial dynamic groove or the lower radial dynamic groove region, the relationship between the thrust dynamic groove and the radial dynamic groove is simply established. Can be.
도 3을 참조하면, 회전부재의 무게중심(G)이 상부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 상부 영역에 위치할 수 있다. 이 경우에도 역시 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브는 상기 [수학식 1]의 관계를 만족해야 한다.Referring to Figure 3, the center of gravity (G) of the rotating member may be located in the upper radial dynamic pressure groove region and its upper region. Also in this case, the thrust dynamic pressure groove and the radial dynamic pressure groove should satisfy the relationship of Equation 1 above.
그런데, 회전부재의 무게중심(G)이 상부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 상부 영역에 위치하는 경우에는 상기 [수학식 1]의 항목 중 상부 래디얼 동압 그루브(114)가 형성되는 부분에서 샤프트(111)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SU)은 무시할 만큼 작은 값을 갖게 된다. 그러므로, 상기 [수학식 1]은 하기의 [수학식 10]으로 간략화할 수 있다.By the way, when the center of gravity (G) of the rotating member is located in the upper radial dynamic pressure groove area and the upper area thereof, the
[수학식 10]&Quot; (10) "
그러므로, [수학식 4] 및 [수학식 6]을 상기 [수학식 10]에 대입하면 [수학식 11]과 같으며, 이를 정리하면 [수학식 12]가 도출된다.Therefore, substituting [Equation 4] and [Equation 6] into the above [Equation 10] is the same as [Equation 11], when summed up [Equation 12] is derived.
[수학식 11]&Quot; (11) "
[수학식 12][Equation 12]
또한, 도 4를 참조하면, 회전부재의 무게중심(G)이 하부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 하부 영역에 위치할 수 있다. 이 경우에도 역시 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브는 상기 [수학식 1]의 관계를 만족해야 한다.In addition, referring to Figure 4, the center of gravity (G) of the rotating member may be located in the lower radial dynamic pressure groove region and its lower region. Also in this case, the thrust dynamic pressure groove and the radial dynamic pressure groove should satisfy the relationship of Equation 1 above.
그런데, 회전부재의 무게중심(G)이 하부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 하부 영역에 위치하는 경우에는 상기 [수학식 1]의 항목 중 하부 래디얼 동압 그루브(115)가 형성되는 부분에서 샤프트(111)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SL)은 무시할 만큼 작은 값을 갖게 된다. 그러므로, 상기 [수학식 1]은 하기의 [수학식 13]으로 간략화할 수 있다.By the way, when the center of gravity (G) of the rotating member is located in the lower radial dynamic pressure groove area and the lower area thereof, the
[수학식 13]&Quot; (13) "
그러므로, [수학식 4] 및 [수학식 5]를 상기 [수학식 13]에 대입하면 [수학식 14]와 같으며, 이를 정리하면 [수학식 15]가 도출된다.Therefore, substituting [Equation 4] and [Equation 5] into [Equation 13] is the same as [Equation 14], and sums it up to [Equation 15].
[수학식 14]&Quot; (14) "
[수학식 15]&Quot; (15) "
그러므로, 회전부재의 무게중심(G)이 래디얼 동압 그루브의 영역 내에 위치하는 경우에는 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브가 간략화된 [수학식 12] 또는 [수학식 15]를 만족하면 된다.
Therefore, when the center of gravity G of the rotating member is located within the area of the radial dynamic groove, the thrust dynamic groove and the radial dynamic groove may satisfy the following Equation 12 or Equation 15.
도 1 내지 도 8의 실시예에서는 허브가 샤프트에 결합하여 회전하는 축회전형 구조를 중심으로 설명하였지만, 허브가 슬리브에 결합하여 회전하는 축고정형 구조에 대해서도 적용가능한 것은 물론이다.In the embodiment of Figures 1 to 8, the hub has been described centering on the axial rotational structure in which the rotation is coupled to the shaft, it is, of course, also applicable to the shaft fixed structure in which the hub is rotated by coupling to the sleeve.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터를 도시한 개략 단면도이며, 도 10은 도 2에서 설명하는 메커니즘이 도 9에 도시된 실시예에 따른 스핀들 모터 적용하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이다.9 is a schematic cross-sectional view showing a spindle motor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows the definition of various parameters for applying the spindle motor according to the embodiment shown in FIG. It is explanatory drawing.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스핀들 모터(200)는 베이스 부재(210), 하부 스러스트 부재(220), 샤프트(230), 슬리브(240), 허브(250), 상부 스러스트 부재(260) 및 캡 부재(290)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 9, the
먼저 방향에 대한 용어를 정의하면, 축 방향은 도 9에서 볼 때, 상하 방향, 즉 샤프트(230)의 하부측으로부터 상부측을 향하는 방향 또는 샤프트(230)의 상부측으로부터 하부측을 향하는 방향을 의미하고, 반경 방향은 도 9에서 볼 때, 좌우 방향, 즉 샤프트(230)로부터 허브(250)의 외주면을 향하는 방향 또는 허브(250)의 외주면으로부터 샤프트(230)를 향하는 방향을 의미하고, 원주 방향은 회전중심에서 소정 반경을 따라 회전되는 방향을 의미한다. 가령, 허브(150)의 외주면을 따라 회전되는 방향을 의미할 수 있다.
First, the term for the direction is defined, and in the axial direction as shown in FIG. 9, the radial direction means a lateral direction, ie, a direction from the
본 발명의 실시예에 따른 스핀들 모터(200)는 유체 동압 베어링 어셈블리를 이용하여 회전부재가 고정부재에 부드럽게 상대회전할 수 있도록 한다.The
여기서, 상기 유체 동압 베어링 어셈블리는 윤활 유체를 매개로 유체 동압을 발생시켜 상대 회전하는 부재들로 구성되며, 하부 스러스트 부재(220), 슬리브(240), 샤프트(230), 상부 스러스트 부재(260) 및 허브(250)를 포함할 수 있다.The fluid dynamic pressure bearing assembly is composed of members rotating relative to each other by generating fluid dynamic pressure through a lubricating fluid. The
또한, 회전부재는, 고정부재에 상대적으로 회전하는 부재로, 슬리브(240) 및 허브(250)를 포함할 수 있으며, 상기 허브(250)에 구비되는 마그네트(284)를 포함할 수 있다.The rotating member may include a
나아가, 고정부재는, 상기 회전부재에 상대적으로 고정되어 있는 부재로, 베이스 부재(210), 샤프트(230), 하부 스러스트 부재(240) 및 상부 스러스트 부재(260)를 포함할 수 있다.
Furthermore, the fixing member is a member fixed relatively to the rotating member, and may include a
베이스 부재(210)는 허브(250)와 함께 소정 공간를 형성토록 장착홈(212)을 구비할 수 있다. 그리고, 베이스부재(210)는 축방향 상부측으로 연장 형성되어 외주면에 스테이터 코어(202)가 설치되는 결합부(214)를 구비할 수 있다.The
또한, 결합부(214)의 외주면에는 스테이터 코어(202)가 안착되어 설치될 수 있도록 안착면(214a)이 구비될 수 있다. 그리고, 결합부(214)에 안착된 스테이터 코어(202)는 상기한 베이스 부재(210)의 장착홈(212) 상부에 배치될 수 있다.In addition, the
한편, 본 실시예에 따른 상기 베이스 부재(210)는 압연 강판의 소성 가공(plastic working)에 의해 제조될 수 있다. 더욱 상세하게는 상기 베이스 부재(210)는 프레스(press), 스탬핑(stamping), 딥 드로잉(deep drawing) 방식 등으로 제조될 수 있다. 다만, 베이스 부재(210)의 제조는 이에 한정하지 않으며 알루미늄 다이캐스팅 등 예시하지 않은 다양한 방식에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다.Meanwhile, the
한편, 상기 베이스 부재(210)는 압연 강판의 소성 가공에 의해 제조되므로 베이스 부재(210)의 두께가 얇고 균일하게 제조된다. 그러므로 상기 베이스 부재(210)에 구비되는 결합부(214)를 일체로 형성하기가 용이하지 않을 수 있다. 이에, 일 실시예에 따른 베이스 부재(210)의 경우는 상기 결합부(214)를 별도의 부재로 제작하여 스핀들 모터의 조립시 상기 베이스 부재(210)에 결합할 수 있다.
On the other hand, since the
하부 스러스트 부재(220)는 베이스 부재(210)에 고정 설치된다. 즉, 하부 스러스트 부재(220)는 결합부(214)에 삽입 설치되며, 보다 상세하게는 하부 스러스트 부재(220)의 외주면이 결합부(214)의 내주면에 접합되도록 설치될 수 있다.The
한편, 하부 스러스트 부재(220)는 내부면이 샤프트(230)에 고정 설치되며 외부면이 베이스 부재(210)에 고정 설치되는 원반부(222)와, 원반부(222)로부터 축방향 상측으로 연장 형성되는 연장부(224)를 구비할 수 있다.The
즉, 하부 스러스트 부재(220)는 중공을 가진 컵 형상을 가질 수 있다. 즉, 단면이 'ㄷ' 자 형상을 가지도록 형성될 수 있다.That is, the
또한, 원반부(222)에는 샤프트(230)의 설치를 위한 설치홀(222a)이 형성될 수 있으며, 샤프트(230)는 설치홀(222a)에 삽입 장착된다.In addition, the
그리고, 하부 스러스트 부재(220)는 베이스 부재(210)와 함께 고정부재, 즉 스테이터에 포함된다.The
한편, 하부 스러스트 부재(220)의 외부면은 베이스 부재(210)의 내부면에 접착제 또는/및 용접에 의해 접합될 수 있다. 다시 말해, 하부 스러스트 부재(220)의 외부면은 베이스 부재(210)의 결합부(214) 내부면에 고정 접합된다.On the other hand, the outer surface of the
또한, 하부 스러스트 부재(220)의 상면 또는 슬리브(240)의 저면(240b) 중 적어도 하나에는 스러스트 유체 동압을 발생시키기 위한 하부 스러스트 동압 그루브(249)가 형성될 수 있다. 도 9의 도시에서는 상기 하부 스러스트 동압 그루브(249)가 슬리브(240)의 하부 면에 형성되는 것을 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 상기 슬리브(240)의 하부 면에 대향햐는 상기 하부 스러스트 부재(220)에 구비될 수도 있다.At least one of the upper surface of the
더하여, 하부 스러스트 부재(220)는 윤활유체가 누설되는 것을 방지하기 위한 실링부재의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
In addition, the
샤프트(230)는 하부 스러스트 부재(220)와 베이스 부재(210) 중 적어도 하나에 고정 설치된다. 즉, 샤프트(230)의 하단부가 하부 스러스트 부재(220)의 원반부(222)에 형성된 설치홀(222a)에 삽입되도록 설치될 수 있다.The
또한, 샤프트(230)의 하단부는 원반부(222)의 내부면과 접착제 또는/및 용접에 의해 접합될 수 있다. 이에 따라, 샤프트(230)가 고정될 수 있는 것이다.In addition, the lower end of the
다만, 본 발명의 일 실시예에서는 샤프트(230)가 하부 스러스트 부재(220)에 고정 설치되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 샤프트(230)는 베이스 부재(210)에 고정 설치될 수도 있을 것이다.However, the present invention is not limited to this, and the
한편, 샤프트(230)도 상기 하부 스러스트 부재(220), 베이스 부재(210)와 함께 고정부재, 즉 스테이터에 포함되는 구성이다.Meanwhile, the
샤프트(230)의 상면에는 덮개부재(미도시)가 고정 설치될 수 있도록 결합수단, 예를 들어 나사가 체결되는 나사부가 구비될 수 있다.
An upper surface of the
슬리브(240)는 샤프트(230)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이를 위해 슬리브(240)는 샤프트(230)가 삽입되는 관통홀(241)을 구비할 수 있다. 한편, 슬리브(240)가 샤프트(230)에 설치되는 경우 슬리브(240)의 내주면과 샤프트(230)의 외주면은 소정 간격 이격 배치되어 베어링 간극(B)를 형성한다. 그리고, 이 베어링 간극(B)에 윤활유체가 충진된다.The
한편, 슬리브(240)의 상단부에는 상부 스러스트 부재(260)와의 사이에 래버린스 형상의 실링부를 형성하기 위한 단차면(244)이 형성될 수 있다. 상기 단차면(244)과 상기 상부 스러스트 부재(260)에 의해 형성되는 래버린스 형상의 실링부에 의해 윤활유체의 실링이 견고하게 이루어질 수 있다.On the other hand, a stepped
한편, 상기 상부 스러스트 부재(260)의 상단부 외측면에는 허브(250)와의 사이에 제1 기액계면(F1)을 형성토록 상부측 외경이 하부측의 외경보다 크게 형성되는 경사부(263)를 가질 수 있다.On the outer surface of the upper end of the
다시 말해, 상부 스러스트 부재(260)의 외주면과 허브(250)의 내주면 사이 공간에 제1 기액계면(F1)이 형성될 수 있도록 상부 스러스트 부재(260)의 상단부에는 상부측 외경이 하부측의 외경보다 크게 형성되는 경사부(263)가 형성될 수 있다.In other words, an upper end portion of the
또한, 슬리브(240)의 외주면에는 허브(250)가 접합된다. 즉, 단차면(244)의 하부는 허브(250)의 내부면에 대응되는 형상을 가져 허브(250)가 고정 설치될 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 슬리브(240)의 외주면에는 접합면이 형성될 수 있다.A
여기서, 상기 슬리브(240)와 허브(250)는 일체형으로 구비될 수 있다. 슬리브(240)와 허브(250)가 일체형으로 구비되는 경우에는 하나의 부재로 슬리브(240) 및 허브(250)가 모두 제공되므로 부품수를 줄여 제품의 조립이 용이하고 조립 공차를 최소화할 수 있다.Here, the
한편, 슬리브(240)의 외주면 하단부는 하부 스러스트 부재(220)의 연장부(224)와 함께 기액계면을 형성토록 반경방향 내측을 향하여 상향 경사지게 형성될 수 있다.The lower end of the outer circumferential surface of the
즉, 슬리브(240)의 외주면과 하부 스러스트 부재(220)의 연장부(224) 사이 공간에 제2 기액계면(F2)가 형성될 수 있도록 슬리브(240)의 하단부는 반경방향 내측을 향하여 상향 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 슬리브(240)의 외주면과 하부 스러스트 부재(220)의 연장부(224) 사이 공간에 윤활유체의 실링부가 형성될 수 있다.That is, the lower end of the
이와 같이, 제2 기액계면(F2)이 슬리브(240)의 하단부와 연장부(224) 사이 공간에 형성되므로, 베어링 간극(B)에 충진된 윤활유체는 제1 기액계면(F1)과 제2 기액계면(F2)을 형성한다.As described above, since the second gas-liquid interface F2 is formed in the space between the lower end of the
또한, 슬리브(240)의 내부면에는 슬리브(240)의 회전시 베어링 간극(B)에 충진된 윤활유체를 매개로 하여 유체 동압을 발생시키기 위한 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(248)(249)가 형성될 수 있다.The inner surface of the
다만, 상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브(248)(249)는 도 9에 도시된 바와 같이 슬리브(240)의 내부면에 형성되는 경우로 한정되지 않으며, 샤프트(230)의 외주면에 형성될 수도 있으며, 헤링본, 스파이럴, 나사선 형상 등 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
However, the upper and lower radial
허브(250)는 슬리브(240)에 결합되어 슬리브(240)와 연동하여 회전된다.The
허브(250)는 상부 스러스트 부재(260)가 내부에 삽입 배치되는 삽입부가 형성된 허브 바디(252)와, 허브 바디(252)의 가장자리로부터 연장 형성되어 내부면에 마그네트 어셈블리(280)가 장착되는 장착부(254) 및 장착부(254)의 끝단으로부터 반경방향 외측을 향해 연장 형성되는 연장부(256)를 구비할 수 있다.The
한편, 허브 바디(252)의 내부면 하단부는 슬리브(240)의 외부면에 접합될 수 있다. 즉, 슬리브(240)의 접합면(245)에 허브 바디(252)의 내부면 하단부가 접착제에 의해 또는/및 용접에 의해 접합될 수 있다.The lower end of the inner surface of the
이에 따라, 허브(250)의 회전시 슬리브(240)가 허브(250)와 함께 회전될 수 있는 것이다.Accordingly, the
또한, 장착부(254)는 허브 바디(252)로부터 축방향 하측을 향하여 연장 형성된다. 그리고, 장착부(254)의 내부면에 마그네트 어셈블리(280)가 고정 설치될 수 있다.In addition, the mounting
한편, 마그네트 어셈블리(280)는 장착부(254)의 내부면에 고정 설치되는 요크(282)와, 요크(282)의 내주면에 설치되는 마그네트(284)로 구성될 수 있다.The
마그네트(284)는 환고리 형상을 가질 수 있으며, 원주방향을 따라 N극, S극이 교대로 착자되어 일정세기의 자기장을 발생시키는 영구자석일 수 있다.The
한편, 마그네트(284)는 코일(201)이 권선되는 스테이터 코어(202)의 선단에 대향 배치되며, 코일(201)이 권선된 스테이터 코어(202)와의 전자기적 상호작용에 의해 허브(250)가 회전될 수 있도록 구동력을 발생시킨다.
On the other hand, the
상부 스러스트 부재(260)는 샤프트(230)의 상단부에 고정 설치되며, 슬리브(240) 또는 허브(250)와 함께 기액계면을 형성한다.The
상기 상부 스러스트 부재(260)는 내부면이 샤프트(230)에 접합되는 바디(262) 및 바디(262)로부터 연장 형성되어 경사부(243)와 함께 기액계면을 형성하는 돌출부(264)를 구비할 수 있다.The
돌출부(264)는 바디(262)로부터 축방향 하측으로 연장 형성되며, 내부면이 슬리브(240)의 외측면과 대향하고, 외부면이 허브(250)의 내부면과 대향할 수 있다.The
또한, 돌출부(264)는 샤프트(230)와 평행하게 바디(262)로부터 연장 형성될 수 있다.Also, the
또한, 상부 스러스트 부재(260)도 베이스 부재(210), 하부 스러스트 부재(220), 샤프트(230)와 함께 고정 설치되는 고정부재로서, 스테이터를 구성하는 부재이다.The
한편, 상부 스러스트 부재(260)가 샤프트(230)에 고정 설치되며 슬리브(240)가 허브(250)와 함께 회전되므로, 허브(250)와 돌출부(264)의 사이 공간에 제1 기액계면(F1)이 형성될 수 있다. 이에 상기 허브(250)의 내측면은 경사지도록 구비되는 경사부(253)를 구비할 수 있다.Since the
다만, 상기 상부 스러스트 부재(260)의 돌출부(264)는 슬리브(240)와 허브(250)가 형성하는 사이 공간에 배치된다. 그리고, 슬리브(240)와 상부 스러스트 부재(260)의 바디(262)의 하면, 상기 슬리브(240)의 외측면과 돌출부(264)의 내측면, 상기 돌출부(264)의 외측면과 상기 허브(250)의 내측면이 각각 형성하는 공간을 따라 미로(래버린스) 형상으로 윤활유체가 채워져서 실링부가 형성된다.However, the
그러므로, 상기 제1 기액계면(F1)은 도 9에 도시된 것과 같이 상부 스러스트 부재(260)의 외측면과 허브(250)의 내측면이 형성하는 공간에 형성될 수 있을 뿐 아니라, 상기 슬리브(240)의 외측면과 돌출부(264)의 내측면에 형성될 수 있다. 물론, 후자의 경우에는 상기 슬리브(240)의 외측면 또는 상기 돌출부(264)의 내측면이 경사지도록 형성되어 윤활유체의 실링이 용이하도록 할 수 있다.Therefore, the first gas-liquid interface F1 may be formed in the space formed by the outer surface of the
한편, 상부 스러스트 부재(260)의 저면 또는 상부 스러스트 부재(260)의 저면에 대향 배치되는 슬리브(240)의 상면 중 적어도 하나에는 스러스트 동압을 발생시키기 위한 상부 스러스트 동압 그루브(248)가 형성될 수 있다. An upper thrust
그리고, 상부 스러스트 부재(260)는 베어링 간극(B)에 충진되는 윤활유체가 상부측으로 누설되는 것을 방지하는 실링부재의 역할도 동시에 수행할 수 있다.The
또한, 상기 상부 스러스트 부재(260)와 상기 허브(250)가 형성하는 공간을 상측에서 커버해주는 캡 부재(290)를 구비할 수 있다.The
상기 캡 부재(290)는 링 형상으로 구비되어 외측단이 상기 허브(250)의 내측에 고정될 수 있다.
The
도 10은 도 2에서 설명하는 메커니즘이 도 9에 도시된 실시예에 따른 스핀들 모터에 적용하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이고, 도 11은 도 10에서 설명하는 메커니즘을 수학적으로 산정하기 위한 각종 파라미터의 정의를 보여주는 설명도이다.FIG. 10 is an explanatory diagram showing definitions of various parameters for applying the mechanism illustrated in FIG. 2 to the spindle motor according to the embodiment shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a diagram for mathematically calculating the mechanism described in FIG. 10. An explanatory diagram showing the definition of various parameters.
도 10을 참조하면, 싱글 스러스트 구조인 도 2의 실시예와 비교하여 스러스트 베어링이 2개인 더블 스러스트 구조라는 점에서 차이가 있다. 따라서, 회전부재인 슬리브(240)가 경사지면 상하 스러스트 베어링에서 경사에 저항하는 힘이 발생한다. 즉, 도 2의 실시예에서 [수학식 1]로 나타낸 것을, 도 10의 실시예에서는 [수학식 16]으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 10, there is a difference in that a double thrust structure having two thrust bearings is compared with the embodiment of FIG. 2 which is a single thrust structure. Therefore, when the
[수학식 16]&Quot; (16) "
상기 [수학식 16]은 더블 스러스트 구조에 적용된다는 점에서 슬리브(240)와 하부 스러스트 부재(220) 간에 작용하는 유체 동압(STL)이 [수학식 1]에 추가된 것 이외에는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(100)의 회전부재가 경사지는 경우에 적용되는 원리가 그대로 적용될 수 있다.
Equation 16 is applied to the double thrust structure, except that the fluid dynamic pressure S TL acting between the
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 [수학식 16]을 풀어서 정리하기 위한 파라미터와 수학적인 산술 방식을 설명한다.10 and 11, a parameter and a mathematical arithmetic method for solving and arranging Equation 16 will be described.
도 10 및 도 11을 참조하여 각 파라미터를 정의하면 하기와 같다. 다만, 본 실시예에 따른 스핀들 모터(200)는 도 1에 도시된 것과 비교하여 샤프트가 고정된 고정축 구조이면서 더블 스러스트 구조로 구비되는 것에만 차이가 있을 뿐, [수학식 1] 내지 [수학식 15]에 적용되는 원리는 동일하다. 그러므로, 동일한 의미의 파라미터에 대해서는 동일한 기호를 사용하고 추가되는 파라미터에 대해서 상술한다.Referring to FIGS. 10 and 11, each parameter is defined as follows. However, the
TU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTU: 상부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, TL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTL: 하부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이이다.T U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic pressure groove, T U2 : Distance from the center of gravity of the upper thrust dynamic pressure groove to the outer end of the upper thrust dynamic pressure groove, α U1 : Passing through the center of gravity of the rotating member The smaller angle between the radial extension line and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic pressure groove, α U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity and upper thrust dynamic pressure of the rotating member. L TU : Radial length of upper thrust dynamic groove, T L1 : Distance from center of gravity of rotating member to inner end of lower thrust dynamic groove, T L2 : Rotation extending radially through the center of gravity of the rotating member: distance, L1 α at the center of gravity of the member to the lower thrust dynamic pressure groove of the outer end The outer side of the center of gravity of the radial direction extension line passing through the center of gravity of the rotating member the rotating member and the lower thrust dynamic pressure groove: The inside end a small angle of each forming line connecting the center of gravity and the lower thrust dynamic pressure grooves of the rotary member, α L2 L TL is the radial length of the lower thrust dynamic pressure groove.
한편, 래디얼 동압 그루브(246)(247)와 관련된 파라미터는 도 6에서 설명한 것과 동일하므로 설명을 생략한다.Meanwhile, the parameters related to the radial
또한, 본 발명의 일 실시예에서 회전부재의 무게중심(G)은 스핀들 모터에 디스크, 클램프 등이 장착된 최종 상태를 의미한다. 도 9에 도시된 스핀들 모터(200)는 디스크, 클램프 등이 장착되지 않은 상태이며, 도 10 내지 도 11에 도시된 무게중심(G)은 디스크, 클램프 등이 장착된 회전부재의 무게중심을 의미한다.
In addition, in one embodiment of the present invention, the center of gravity G of the rotating member means a final state in which a disk, a clamp, or the like is mounted on the spindle motor. The
[수학식 2] 내지 [수학식 6]를 참조하면, 상기 [수학식 16]을 산정하기 위해 각 항목별 면적을 산정할 수 있다.Referring to [Equation 2] to [Equation 6], it is possible to calculate the area for each item to calculate the [Equation 16].
이에, [수학식 16]에 [수학식 2] 내지 [수학식 6]에서 산정된 수식을 대입하여 정리하면 [수학식 17]과 같다.Thus, by substituting the formula calculated in [Equation 2] to [Equation 6] in [Equation 16], it is the same as [Equation 17].
[수학식 17]&Quot; (17) "
한편, 회전부재의 무게중심은 회전부재의 구조 및 형상에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(200)의 경우에는 상기 회전부재의 무게중심이 상부 래디얼 동압 그루브 또는 하부 래디얼 동압 그루브 영역 내에 형성되는 경우라면 스러스트 동압 그루브와 래디얼 동압 그루브의 관계가 간단히 정립될 수 있다.On the other hand, the center of gravity of the rotating member may be formed at various locations according to the structure and shape of the rotating member. In particular, in the case of the
회전부재의 무게중심(G)이 상부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 상부영역에 위치하는 경우에는 상기 [수학식 16]의 항목 중 상부 래디얼 동압 그루브(248)가 형성되는 부분에서 슬리브(240)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SU)은 무시할 만큼 작은 값을 갖게 된다. 그러므로, 상기 [수학식 16]은 하기의 [수학식 18]로 간략화할 수 있다.When the center of gravity (G) of the rotating member is located in the upper radial dynamic pressure groove area and the upper area thereof, the
[수학식 18]&Quot; (18) "
또한, 회전부재의 무게중심(G)이 하부 래디얼 동압 그루브 영역 및 그 하부영역에 위치하는 경우에는 상기 [수학식 16]의 항목 중 하부 래디얼 동압 그루브(247)가 형성되는 부분에서 슬리브(240)가 경사지기 전과 경사진 후의 간격 차이에 따른 면적(SL)은 무시할 만큼 작은 값을 갖게 된다. 그러므로, 상기 [수학식 16]은 하기의 [수학식 19]로 간략화할 수 있다.In addition, when the center of gravity (G) of the rotating member is located in the lower radial dynamic pressure groove region and the lower region thereof, the
[수학식 19]&Quot; (19) "
도 12의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터를 이용하는 디스크 구동장치의 개략 단면도이다.12A and 12B are schematic cross-sectional views of a disk drive apparatus using a spindle motor according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 모터(100)(200)가 장착된 기록 디스크 구동장치(800)는 하드 디스크 드라이브이며, 스핀들 모터(100)(200), 헤드 이송부(810) 및 하우징(820)을 포함할 수 있다. 기록 디스크 구동장치(800)의 두께 규격은 5mm 이하이다.Referring to FIG. 12, the recording
상기 스핀들 모터(100)(200)는 상기에서 설명한 본 발명에 따른 스핀들 모터의 특징을 모두 가지며, 기록 디스크(830)를 탑재할 수 있다.The
상기 헤드 이송부(810)는 상기 스핀들 모터(100)(200)에 탑재된 기록 디스크(830)의 정보를 검출하는 자기 헤드(815)를 검출하고자 하는 기록 디스크의 면으로 이송시킬 수 있다. The
여기서, 상기 자기 헤드(815)는 상기 헤드 이송부(810)의 지지부(817) 상에 배치될 수 있다. Here, the
상기 하우징(820)은 상기 스핀들 모터(100)와 상기 헤드 이송부(810)를 수용하는 내부공간을 형성하기 위해, 모터 탑재 플레이트(822)와 상기 모터 탑재 플레이트(822)의 상부를 차폐하는 탑커버(824)를 포함할 수 있다.The
헤드 이송부(810)는 보이스 코일 모터(VCM, Voice Coil Motor)로 구성된다. 그런데, 보이스 코일 모터에 갑자기 전원 공급이 중단되면 자기 헤드(815)가 디스크에 그대로 위치하여 디스크에 기록된 정보가 손상되는 문제가 발생할 수 있다. The
이를 해결하기 위해, 기록 디스크 구동 장치(800)는 스핀들 모터의 역기전력(B-EMF, Back Electromotive Force)을 이용하여 보이스 코일 모터를 구동한다. 역기전력에 의하여 보이스 코일 모터가 구동되어 자기 헤드(815)가 초기 위치로 돌아갈 수 있는데, 이를 이머전시 파킹(Emergency Parking)이라고 한다.In order to solve this problem, the recording
즉, 스핀들 모터가 구동하다가 전원 공급이 중단되었을 때, 디스크의 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생성하고 이를 보이스 코일 모터에 공급하는 것이다.That is, when the power supply is stopped while the spindle motor is driven, electric energy is generated using the rotational force of the disk and supplied to the voice coil motor.
2.5" 형 디스크의 경우 역기전력(B-EMF)이 0.35V/krpm 이상 확보되어야 헤드의 이머전시 파킹이 구현될 수 있다. 그런데, 종래의 디스크 구동 장치에서는 역기전력이 문제되지 않았지만, 2.5" 형 5mm 디스크 구동 장치에서는 코어 높이의 제한 때문에 역기전력 확보가 문제이다.In the case of a 2.5 "disk, the back EMF (B-EMF) must be secured at least 0.35V / krpm so that the emergency parking of the head can be implemented. However, in the conventional disk drive device, the back electromotive force was not a problem, but the 2.5" type 5mm disk In the driving device, securing the counter electromotive force is a problem due to the limitation of the core height.
따라서, 코어의 높이가 낮아져서 부족해지는 역기전력을 확보하기 위해 코어의 반경방향 길이를 길게 설계할 필요가 있다. 다만, 2.5" 형 디스크는 내경이 20mm 로 정해져 있으므로, 코어의 반경방향 길이에도 제한이 있다. Therefore, it is necessary to design a long radial length of the core in order to secure the back electromotive force which is insufficient because the height of the core is lowered. However, since the 2.5 "disk has an inner diameter of 20 mm, there is a limit to the radial length of the core.
이와 같이, 정해진 디스크의 내경의 범위 안에서 충분한 코어의 반경방향 길이를 확보해야 하기 때문에, 길어지는 코어의 반경방향 길이만큼 스러스트 베어링이 형성되는 슬리브의 반경 방향 길이에도 제한이 생긴다. In this way, since a sufficient radial length of the core must be secured within the range of the inner diameter of the disc, the radial length of the sleeve in which the thrust bearing is formed by the radial length of the elongated core is also limited.
따라서, 역기전력 확보를 위한 코어의 반경방향 길이와, 경사 강성 확보를 위한 스러스트 베어링의 반경방향 길이를 모두 충족할 수 있도록 설계하는 것이 중요하다.
Therefore, it is important to design both the radial length of the core for securing the counter electromotive force and the radial length of the thrust bearing for securing the inclination rigidity.
100, 200: 스핀들 모터
110: 유체 동압 베어링 어셈블리
120: 로터
130: 스테이터
210: 베이스 부재
220: 하부 스러스트 부재
230: 샤프트
240: 슬리브
250: 허브
260: 상부 스러스트 부재
280: 마그네트 어셈블리
290: 캡 부재100, 200: spindle motor
110: fluid dynamic bearing assembly
120: rotor
130: stator
210: Base member
220: Lower thrust member
230: shaft
240: Sleeve
250: Hub
260: upper thrust member
280: Magnet assembly
290: cap member
Claims (16)
상기 회전부재를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 고정부재를 포함하고,
상기 회전부재와 상기 고정부재의 반경방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 래디얼 동압 그루브와 하부 래디얼 동압 그루브가 형성되고,
상기 회전부재와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 스러스트 동압 그루브가 형성되며,
하기의 [식 1]을 만족하는 스핀들 모터.
[식 1]
(여기서, T1: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, T2: 회전부재의 무게중심에서 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, α1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, α2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LT: 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, RU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LU: 상부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이, RL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LL: 하부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이)A rotating member, and
A fixing member rotatably supporting the rotating member by fluid dynamic pressure,
An upper radial dynamic pressure groove and a lower radial dynamic pressure groove are formed on at least one of radially opposed surfaces of the rotating member and the fixed member;
A thrust dynamic pressure groove is formed on at least one surface of the rotating member and the surface facing in the axial direction.
Spindle motor satisfying the following [Equation 1].
[Formula 1]
Where T 1 is the distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the thrust dynamic pressure groove, T 2 is the distance from the center of gravity of the thrust dynamic pressure groove to the outer end of the thrust dynamic pressure groove, α 1 is the center of gravity of the rotating member. Smaller angle of the angle between the radial extension line and the line connecting the center of gravity of the rotating member and the inner end of the thrust dynamic pressure groove, α 2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity and thrust dynamic pressure groove L T : The radial length of the thrust dynamic groove, R U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the upper radial dynamic groove, R U2 : of the rotating member Distance from center of gravity to upper end of upper radial dynamic groove, β U1 : Radial extension line passing through center of gravity of rotating member is center of gravity of rotating member And the smaller angle of the angle formed by the line connecting the lower end of the upper radial dynamic groove, β U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member forms the line connecting the center of gravity of the rotating member and the upper end of the upper radial dynamic groove. L U : Axial length of the upper radial hydrodynamic groove, R L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, R L2 : Lower radial dynamic groove from the center of gravity of the rotating member Distance to the upper end of, L1 : The smallest angle between the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, β L2 : of the rotating member The radial extension line passing through the center of gravity is the smaller of the angle formed by the line connecting the center of gravity of the rotating member to the upper end of the lower radial dynamic groove. Angle, L L : Axial length of lower radial dynamic groove)
상기 회전부재의 무게중심이 상기 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단보다 축방향 상측에 위치하는 경우에 [식 1]에서 LU에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 2]를 만족하는 스핀들 모터.
[식 2]
The method of claim 1,
When the center of gravity of the rotating member is located above the lower end of the upper radial dynamic pressure groove in the axial direction, the spindle motor satisfies L U in [Equation 1] as 0 and satisfies Equation 2 below. .
[Formula 2]
상기 회전부재의 무게중심이 상기 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단보다 축방향 하측에 위치하는 경우에 [식 1]에서 LL에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 3]을 만족하는 스핀들 모터.
[식 3]
The method of claim 1,
When the center of gravity of the rotating member is located axially lower than the upper end of the lower radial dynamic pressure groove, the spindle motor satisfies L L in [Equation 1] as 0 and satisfies Equation 3 below. .
[Equation 3]
상기 회전부재는 샤프트, 상기 샤프트의 상단에서 반경방향 외측으로 연장하는 허브, 및 상기 허브에 장착되는 마그네트와 디스크를 포함하고,
상기 고정부재는 상기 샤프트를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 슬리브, 및 상기 마그네트와 대향하게 배치되는 코일이 권선된 코어를 포함하는 스핀들 모터.The method of claim 1,
The rotating member includes a shaft, a hub extending radially outward from an upper end of the shaft, and a magnet and a disk mounted to the hub,
The fixing member includes a sleeve for rotatably supporting the shaft by fluid dynamic pressure, and a coil wound core disposed to face the magnet.
상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브는 상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 각각 형성되고,
상기 스러스트 동압 그루브는 상기 허브와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성되는 스핀들 모터.5. The method of claim 4,
The upper and lower radial dynamic pressure grooves are respectively formed on at least one of opposite surfaces of the shaft and the sleeve,
And the thrust dynamic pressure groove is formed on at least one of the opposite surfaces of the hub and the sleeve.
상기 샤프트 및 상기 슬리브의 대향하는 면 사이에는 유체가 충진되는 베어링 간극이 형성되고,
상기 베어링 간극은 상기 샤프트의 직경의 0.0005~0.002배인 스핀들 모터.The method of claim 5,
Between the shaft and the opposite surface of the sleeve there is formed a bearing gap filled with fluid,
The bearing gap is a spindle motor of 0.0005 ~ 0.002 times the diameter of the shaft.
전원 공급이 중단되었을 때 역기전력(B-EMF)이 0.35V/krpm 이상인 스핀들 모터.5. The method of claim 4,
Spindle motors with back electromotive force (B-EMF) of 0.35 V / krpm or more when the power supply is interrupted.
상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및
상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키기 위한 헤드 이송부를 포함하고,
두께 규격이 5mm 이하인 하드 디스크 드라이브.A spindle motor according to claim 4;
A magnetic head for recording and reproducing data of the disk; And
A head feeder for moving the magnetic head to a predetermined position on the disc,
Hard disk drive less than 5mm thick.
상기 회전부재를 유체 동압에 의해 회전 가능하게 지지하는 고정부재를 포함하고,
상기 회전부재와 상기 고정부재의 반경방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 래디얼 동압 그루브와 하부 래디얼 동압 그루브가 형성되고,
상기 회전부재의 상측부와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 상부 스러스트 동압 그루브가 형성되고, 상기 회전부재의 하측부와 상기 고정부재의 축방향으로 대향하는 면 중 적어도 일면에 하부 스러스트 동압 그루브가 형성되며,
하기의 [식 4]를 만족하는 스핀들 모터.
[식 4]
(여기서, TU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTU: 상부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, TL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단까지의 거리, TL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단까지의 거리, αL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 내측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, αL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 스러스트 동압 그루브의 외측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LTL: 하부 스러스트 동압 그루브의 반경 방향 길이, RU1: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RU2: 회전부재의 무게중심에서 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βU1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βU2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 상부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LU: 상부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이, RL1: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단까지의 거리, RL2: 회전부재의 무게중심에서 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단까지의 거리, βL1: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 하측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, βL2: 회전부재의 무게중심을 지나는 반경 방향 연장선이 회전부재의 무게중심과 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단을 연결하는 선과 이루는 각 중 작은 각, LL: 하부 래디얼 동압 그루브의 축 방향 길이)A rotating member, and
A fixing member rotatably supporting the rotating member by fluid dynamic pressure,
An upper radial dynamic pressure groove and a lower radial dynamic pressure groove are formed on at least one of radially opposed surfaces of the rotating member and the fixed member;
An upper thrust dynamic pressure groove is formed on at least one surface of the upper side of the rotating member and the surface facing the axial direction of the fixing member, and on at least one surface of the lower side of the rotating member and the surface facing the axial direction of the fixing member. A lower thrust dynamic pressure groove is formed,
Spindle motor satisfying the following [Equation 4].
[Formula 4]
(T U1 : distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic pressure groove, T U2 : distance from the center of gravity of the rotating member to the outer end of the upper thrust dynamic pressure groove, α U1 : weight of the rotating member A small angle between the radial extension line passing through the center and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the inner end of the upper thrust dynamic groove, α U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member L TU : Radial length of upper thrust dynamic groove, T L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the inner end of the lower thrust dynamic groove, T L2: distance from center of gravity of the rotating member to the lower thrust dynamic pressure outer end of the groove, α L1: radial passing through the center of gravity of the rotating member Direction extension line of which forms the line connecting the inner end of the center of gravity and the lower thrust dynamic pressure grooves of the rotary member, each small angle, α L2: the center of gravity of the radial direction extension line passing through the center of gravity of the rotating member the rotating member and the lower thrust dynamic pressure groove L TL : Radial length of the lower thrust dynamic pressure groove, R U1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the upper radial dynamic groove, R U2 : Rotating member Distance from the center of gravity of the upper radial dynamic groove to the upper end of the upper radial dynamic groove, β U1 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the smaller of the angle between the line connecting the center of gravity of the rotating member and the lower end of the upper radial dynamic groove Angle, β U2 : The radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member is the center of gravity of the rotating member and L U : Axial length of the upper radial dynamic groove, R L1 : Distance from the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove, R L2 : of the rotating member Distance from the center of gravity to the upper end of the lower radial dynamic groove, β L1 : The smaller angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member and the line connecting the center of gravity of the rotating member to the lower end of the lower radial dynamic groove , β L2 : The smaller angle of the radial extension line passing through the center of gravity of the rotating member to the line connecting the center of gravity of the rotating member to the upper end of the lower radial dynamic groove, L L : Axial length of the lower radial dynamic pressure groove)
상기 회전부재의 무게중심이 상기 상부 래디얼 동압 그루브의 하측단보다 축방향 상측에 위치하는 경우에 [식 4]에서 LU에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 5]를 만족하는 스핀들 모터.
[식 5]
10. The method of claim 9,
When the center of gravity of the rotating member is located axially higher than the lower end of the upper radial dynamic groove, the spindle motor satisfies L U in [Equation 4] and satisfies Equation 5 below. .
[Formula 5]
상기 회전부재의 무게중심이 상기 하부 래디얼 동압 그루브의 상측단보다 축방향 하측에 위치하는 경우에 [식 4]에서 LL에 관한 항을 0으로 하고, 하기의 [식 6]을 만족하는 스핀들 모터.
[식 6]
10. The method of claim 9,
When the center of gravity of the rotating member is located axially lower than the upper end of the lower radial dynamic groove, the spindle motor satisfies L L in [Equation 4] and satisfies Equation 6 below. .
[Equation 6]
상기 회전부재는 중공형의 슬리브, 상기 슬리브의 반경방향 외측으로 연장하는 허브, 및 상기 허브에 장착되는 마그네트와 디스크를 구비하고,
상기 고정부재는 상기 슬리브의 중공에 삽입되어 상기 슬리브를 유체 동압에 의해 회전가능하게 지지하는 샤프트, 상기 샤프트의 반경방향 외측으로 연장하는 상부 및 하부 스러스트 부재, 및 상기 마그네트와 대응하게 배치되는 코일이 권선된 코어를 포함하는 스핀들 모터.10. The method of claim 9,
The rotating member includes a hollow sleeve, a hub extending radially outward of the sleeve, and a magnet and a disk mounted to the hub,
The fixing member includes a shaft inserted into the hollow of the sleeve to rotatably support the sleeve by fluid dynamic pressure, upper and lower thrust members extending radially outward of the shaft, and a coil disposed correspondingly to the magnet. Spindle motor with a wound core.
상기 상부 및 하부 래디얼 동압 그루브는 상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 각각 형성되고,
상기 상부 스러스트 동압 그루브는 상기 상부 스러스트 부재와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성되고, 상기 하부 스러스트 동압 그루브는 상기 하부 스러스트 부재와 상기 슬리브의 대향하는 면 중 적어도 일면에 형성되는 스핀들 모터.The method of claim 12,
The upper and lower radial dynamic pressure grooves are respectively formed on at least one of opposite surfaces of the shaft and the sleeve,
And the upper thrust dynamic pressure groove is formed on at least one of the opposing surfaces of the upper thrust member and the sleeve, and the lower thrust dynamic pressure groove is formed on at least one of the opposing surfaces of the lower thrust member and the sleeve.
상기 샤프트와 상기 슬리브의 대향하는 면 사이에는 유체가 충진되는 베어링 간극이 형성되고,
상기 베어링 간극은 상기 샤프트의 직경의 0.0005~0.002배인 스핀들 모터.The method of claim 13,
Between the shaft and the opposite surface of the sleeve is formed a bearing gap filled with fluid,
The bearing gap is a spindle motor of 0.0005 ~ 0.002 times the diameter of the shaft.
전원 공급이 중단되었을 때 역기전력(B-EMF)이 0.35V/krpm 이상인 스핀들 모터.The method of claim 12,
Spindle motors with back electromotive force (B-EMF) of 0.35 V / krpm or more when the power supply is interrupted.
상기 디스크의 데이터를 기록 및 재생하기 위한 자기 헤드; 및
상기 자기 헤드를 상기 디스크 상의 소정의 위치로 이동시키기 위한 헤드 이송부를 포함하고,
두께 규격이 5mm 이하인 하드 디스크 드라이브.A spindle motor according to claim 12;
A magnetic head for recording and reproducing data of the disk; And
A head feeder for moving the magnetic head to a predetermined position on the disc,
Hard disk drive less than 5mm thick.
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